化工流体流动 05-06学时

1.1流体的物理性质,第一章流体流动,1.2流体静力学基本方程式,1.2.1流体的压力,1.2.2流体静力学基本方程式,二、流体静力学方程式的应用,远距离测量液位,1-调节阀,2-鼓泡观察器,3-压差计,4-吹气管,5-储漕,自管口通入氮气，用调节阀调节其流量。氮气的流速很低，在观察室有气泡缓慢溢出即可。,（2）远距离测量液位,二、流体静力学方程式的应用,整理得,压力用表压表示,二、流体静力学方程式的应用,3.液封高度的计算,控制设备内的压力不超过某设定值。,液封作用,安全液封,防排出液封,防止设备内的气体从液体管路排出。,二、流体静力学方程式的应用,整理得,设设备内控制压力为,安全液封计算,二、流体静力学方程式的应用,推导得,设设备内的压力为,防排出液封计算,1.1流体的物理性质,第一章流体流动,1.2流体静力学基本方程式,1.3流体流动的基本概念,1.3.1稳态与非稳态流动,一、稳态流动,1.稳态的概念,流体的各物理量为空间位置坐标和时间的函数,速度场,温度场,密度场,时间,位置坐标,一、稳态流动,若流体的物理量仅随位置变化而不随时间变化，即为稳态过程。,稳态过程的数学表达,稳态流动,稳态传热,一、稳态流动,2.稳态流动,速度场,1-进水管,2-溢流管,3-水箱,4-排水管,水位恒定,各截面u不变,稳态流动,流动情况示意图,二、非稳态流动,速度场,1-进水管,2-溢流管,3-水箱,4-排水管,水位下降,各截面u减小,非稳态流动,流动情况示意图,1.1流体的物理性质,第一章流体流动,1.2流体静力学基本方程式,1.3流体流动的基本概念,1.3.1稳态与非稳态流动,1.3.2流量与流速,一、流量,1.体积流量（体积流率）,单位时间流过管道任一截面的体积量。,定义,符号,单位,m3/s,流通截面,微元面,法向方向,（m3/h）,一、流量,2.质量流量（质量流率）,定义,符号,单位,kg/s,单位时间流过管道任一截面的质量。,质量流量与体积流量的关系,二、流速,1.流速与平均流速,单位时间内流体在流动方向上流过的距离，以u表示。,平均流速,管内的速度分布,流速,流体体积流量与流道截面积之比，以ub表示。,点速度,二、流速,注意,为简便起见，后面的u均表示平均速度。,除特别说明，一般所给流速均指平均速度。,平均速度定义式,又称“主体速度”或“混合杯速度”,二、流速,对于圆形管道,设计选择,任务给定,圆形管道流量公式,圆形管道管径公式,二、流速,管径的计算步骤,选择适宜的流速u。,计算管径d。,管径圆整，核算流速。,管径规格表示示例,外径108mm,壁厚4mm,内径100mm,记为：DN100,公称直径,二、流速,流速的选择,u,d,操作费用,设备费用,动力消耗,流动阻力,流速的选择见表11,一般情况,液体:0.52.0m/s,气体:1020m/s,二、流速,2.质量流速,定义,符号,单位,kg/(m2s),单位时间流体流过管道单位截面积的质量。,质量通量,1.1流体的物理性质,第一章流体流动,1.2流体静力学基本方程式,1.3流体流动的基本概念,1.3.1稳态与非稳态流动,1.3.2流量与流速,1.3.3流体的流动型态,一、雷诺实验,动画演示：雷诺实验,1-指示液瓶,2-细玻璃管,3-水箱,4-水平玻璃管,5-阀门,6-溢流装置,雷诺实验装置,1.流体的流动型态,二、流动型态与雷诺数,流动型态,层流（或滞流）,湍流（或紊流）,流体质点沿流向平行运动，无脉动混合作用。,流体质点除沿流向平行运动外，各质点作不规则的脉动，相互碰撞与混合。,二、流动型态与雷诺数,流体质点的脉动,脉动速度,时均速度,瞬时速度,2.雷诺（Reynolds）数,二、流动型态与雷诺数,实验表明,（1）雷诺数的定义,u,湍动程度,d,湍动程度,湍动程度,湍动程度,二、流动型态与雷诺数,量纲为一,无因次,量纲为一的数群“准数”,定义,雷诺准数（雷诺数）,二、流动型态与雷诺数,（2）雷诺数的物理意义,动量通量,惯性力,二、流动型态与雷诺数,黏滞力,雷诺数的物理意义,雷诺数表示流体流动中惯性力与黏滞力的比值。,二、流动型态与雷诺数,用雷诺数判断流体的流动型态。,（3）雷诺数的应用,实验证明,圆形管道,层流,过渡区,湍流,二、流动型态与雷诺数,示例,用管道输送某油品,油品运动黏度,管道规格,计算维持层流流动的临界速度。,由,层流,临界Re,临界u,二、流动型态与雷诺数,非圆形管道,当量直径,二、流动型态与雷诺数,示例,矩形管道,矩形管道内流动,圆形套管环隙内流动,圆形套管,练习题目,思考题,作业题:6、7,1.